JP2016188422A - 浸炭部品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】規定の成分組成を満たし、表面C濃度が0.70〜1.00%であると共に、部品内部の旧オーステナイト結晶粒度番号が7.0以上であり、かつ部品表面から深さ方向に2000μmまでのB濃度分布において、部品表面から500μm深さまでの範囲にB濃度の最大値を有すると共に、該最大値が10ppm以上であり、かつ500μm以深のB濃度の最小値は4ppm以上であることを特徴とする浸炭部品。
【選択図】図6
Description
母材が、質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.01〜2.0%、
Mn:0.30〜0.80%、
P:0%超0.030%以下、
S:0%超0.030%以下、
Cr:0.50〜3.0%、
Mo:0.20〜2.0%、
Al:0.010〜0.10%、
N:0.0010〜0.050%、および
B:0.0020〜0.0150%
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、
表面C濃度が0.70〜1.00%であると共に、
部品内部の旧オーステナイト結晶粒度番号が7.0以上であり、かつ
部品表面から深さ方向に2000μmまでのB濃度分布において、
部品表面から500μm深さまでの範囲にB濃度の最大値を有すると共に、該最大値が10ppm以上であり、かつ500μm以深のB濃度の最小値は4ppm以上であるところに特徴を有する。
(I)Cu:0%超0.10%以下、およびNi:0%超3.0%以下よりなる群から選択される1種以上の元素
(II)Ti:0%超0.30%以下、Nb:0%超0.30%以下、V:0%超0.30%以下、W:0%超0.30%以下、およびHf:0%超0.30%以下よりなる群から選択される1種以上の元素
Cは、部品として必要な内部硬さを確保するために必要な元素であり、C量が0.10%未満では硬さ不足により部品としての静的強度が不足する。また衝撃強度も低下する。従ってC量は0.10%以上、好ましくは0.12%以上、より好ましくは0.15以上である。しかしCが過剰に含まれると、内部硬さが過度に高くなるため、靱性が低下し、衝撃特性が劣化する。従ってC量は0.30%以下に抑える必要がある。C量は、好ましくは0.28%以下、より好ましくは0.25%以下である。
Siは、焼戻し硬さの低下を抑えて浸炭部品の面疲労特性の改善に寄与する元素である。こうした効果を有効に発揮させるため、Si量は0.01%以上含有させる。Si量は、好ましくは0.03%以上、より好ましくは0.05%以上である。しかしSiが過剰に含まれると、浸炭時に表面C濃度を確保しにくくなる。従って、Si量は2.0%以下、好ましくは1.5%以下、より好ましくは1.0%以下である。
Mnは、浸炭処理時の焼入性を高め、高い衝撃強度の確保に有効な元素である。また、Mnは、脱酸材としても作用し、鋼中の酸化物系介在物量を低減して内部品質を高める作用を有する。更にMnは赤熱脆性の防止にも寄与する。こうした作用を有効に発揮させるため、Mn量は0.30%以上とする。Mn量は、好ましくは0.35%以上、より好ましくは0.40%以上である。しかしMnが過剰に含まれると、脱B量が増大して衝撃特性の低下を招く。従ってMn量は0.80%以下とする。Mn量は、好ましくは0.75%以下、より好ましくは0.70%以下である。
Pは、鋼中に不可避不純物として含まれる元素であり、結晶粒界に偏析して浸炭部品の衝撃疲労特性を劣化させる。従ってPは0.030%以下に抑える。P量は、好ましくは0.025%以下、より好ましくは0.020%以下である。
Sは、Mnと結合してMnSを形成し、切削加工時の被削性を改善する元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Sは0.0010%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.0050%以上、更に好ましくは0.0100%以上である。しかしSを過剰に含んでMnSの生成量が多くなると、浸炭部品の強度が劣化する。従ってS量は0.030%以下、好ましくは0.025%以下である。
Crは、浸炭を促進させ、鋼の表面に硬化層を形成するために必要な元素である。こうした作用を有効に発揮させるため、Cr量は0.50%以上とする。Cr量は、好ましくは0.60%以上、より好ましくは0.70%以上である。しかしCrが過剰に含まれると、過剰浸炭を引き起こし、浸炭部品の衝撃強度が低下する。従ってCr量は3.0%以下とする。Cr量は、好ましくは2.5%以下、より好ましくは2.0%以下である。
Moは、浸炭処理における焼入性を向上するとともに、脱Bの抑制に寄与する元素である。こうした作用を有効に発揮させるため、Mo量は0.20%以上とする。Mo量は、好ましくは0.25%以上、より好ましくは0.30%以上である。しかしMoが過剰に含まれると、鍛造時の変形抵抗が増大し、冷間加工性が劣化する。従ってMo量は2.0%以下とする。Mo量は、好ましくは1.8%以下、より好ましくは1.5%以下である。
Alは、脱酸材として作用する元素であり、0.010%以上含まれる。Al量は、好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.020%以上である。しかしAlが過剰に含まれると、鋼の変形抵抗が増大して鍛造性が劣化する。従ってAl量は0.10%以下とする。Al量は、好ましくは0.080%以下、より好ましくは0.060%以下である。
Nは、浸炭部品の結晶粒度の適切な調整に作用するAlNの形成に必要な元素である。従ってN量は0.0010%以上とする。N量は、好ましくは0.0020%以上、より好ましくは0.0030%以上である。しかしN量が過剰に含まれると、上記AlN等の窒化物が鋼中に多量に形成され、鍛造性を劣化させる。従ってN量は0.050%以下とする。N量は、好ましくは0.040%以下、より好ましくは0.030%以下とする。
Bは、浸炭処理における焼入性向上に寄与する元素である。BはCr、Mn、Moなどに比べて微量で焼入性の向上効果が生じうるため、鍛造性等の低下を招きにくい。上記焼入性向上効果を発揮させる観点のみからは、B量を0.0004%以上とすればよいが、上述の通り浸炭処理後は表層部で脱Bが生じる。よって、浸炭層の焼入性を得るべく表層部の十分なB量確保を考慮すると、母材のB量を0.0020%以上に高めておく必要がある。該B量は、好ましくは0.0025%以上、より好ましくは0.0030%以上である。一方、Bが過剰に含まれると、Nとの結合によりBNを生成し部品強度が低下する。従ってB量は0.0150%以下とする。B量は、好ましくは0.0100%以下、更に好ましくは0.0080%以下である。
CuとNiは、上記Moと同様に、浸炭処理における焼入性の向上に作用する元素である。また、CuとNiは、Feよりも酸化され難い元素であるため、浸炭部品の耐食性改善にも有用な元素である。こうした作用を有効に発揮させるには、Cuを含有させる場合、Cu量を0.03%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.04%以上、更に好ましくは0.05%以上である。またNiを含有させる場合、Ni量を0.03%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.05%以上、更に好ましくは0.08%以上である。
Ti、Nb、V、W、およびHfは、鋼中に炭化物、窒化物、炭窒化物などの結晶粒微細化効果を発揮する析出物を生成させて、浸炭後の結晶粒度の調整に有用な元素である。Tiを含有させる場合、Ti系析出物を生成させて上記効果を得るには、Ti量を0.01%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.02%以上、更に好ましくは0.03%以上である。しかしTiが過剰に含まれると、鍛造時の変形抵抗が増大し、鍛造性が劣化する。従ってTi量は0.30%以下であることが好ましく、より好ましくは0.20%以下、更に好ましくは0.10%以下である。
表1−1および表1−2に示す成分組成のインゴットを真空溶解炉にて溶製し、鍛伸加工を行った後、図1に示す分塊圧延と棒鋼圧延を模擬した熱処理条件で熱処理を施し、直径32mmの棒鋼を作製した。作製した棒鋼から、脱B量および表面C濃度の測定に用いる、図2に示すサイズが直径30mm×長さ150mmの試験片1と、衝撃強度の測定に用いる図3の浸炭前試験片2aを作製した。実部品の製造工程を模擬するため、これらの試験片に対し、図4に示す種々の軟化処理を施した後、図5に示す種々の浸炭処理を施した。図4において、Xは放冷を意味する。また図5において、Zは油温100℃での油焼入れを意味する。表2の「軟化条件」の欄の数字は、図4の(1)〜(3)の軟化条件にそれぞれ対応する。また表2の「浸炭条件」の欄の数字は、図5の(1)〜(5)の浸炭条件にそれぞれ対応する。尚、図5において、(3)は特許文献1で実施の条件に相当し、(4)は特許文献2で実施の条件に相当する。
浸炭後の試験片1の表面から、表面に垂直な深さ方向に50μmごとに、また1000μm以深は100μmごとに、2.0mm深さまで切粉採取し、Bは、島津製作所社製の形式ICPV−1017のICP(InductivelyCoupledPlasma、誘導結合プラズマ)発光分析装置を用いて測定し、Cは、LECO社製の形式CS600の炭素・硫黄分析装置を用いてそれぞれの濃度分布を評価した。この評価により得られたBの濃度分布の一例を図6に示す。図6に示すように、表面から500μm深さまでのB濃度分布において、B濃度のピークが存在しており、このピーク時のB濃度を最大値とした。また、500μm深さから2000μm深さまでの領域のB濃度の最小値も求めた。更に、50μm深さまでのC濃度の平均値を表面C濃度とした。これらの測定結果を表2に示す。
浸炭後試験片2bを用い、JIS G 0551(2005年)に従って旧オーステナイト結晶粒の粒度番号を測定した。詳細には、部品内部として図7の測定位置Rを観察できるように、上記浸炭後試験片2bの長手方向中央に垂直な面を切断した。尚、前記図7においてQは試験片の切欠底を示す。次に、切断面を研磨後、エタノールと3%硝酸との混合液であるナイタール液でエッチングしてから、光学顕微鏡で、上記測定位置Rを観察倍率100倍で観察して上記粒度番号を測定した。その結果を表2の「結晶粒度」の欄に示す。
まず、衝撃強度の評価用試験片2bを次の通り用意した。図3(a)に示すサイズが15mm×20mm×55mmの角棒にR10の切欠を付けた浸炭前試験片2aを用意し、これに前述の通り表1に示す各条件で軟化処理と浸炭処理を行い、その後、図3(a)に斜線部分で示す通り、3面それぞれを深さ5mmずつカットして浸炭後試験片2bを用意した。この浸炭後試験片2bを用い、JIS Z 2242(2005年)に示されたシャルピー衝撃試験に従って衝撃値を測定した。そして衝撃値が76J/cm2以上の場合を衝撃強度が高いと評価した。その結果を表2に示す。
機械構造用部品として求められる内部硬さも測定した。詳細には、前記浸炭後試験片2bの内部硬さとして、ビッカース硬さを測定した。ビッカース硬さの測定は、図7の測定位置Rにおいて1kgの荷重で測定を行った。上記結果を表2に示す。
2a 浸炭前試験片
2b 浸炭後試験片
X 放冷
Z 油温100℃の油焼入れ
Q 試験片の切欠底
R オーステナイト結晶粒度とビッカース硬さの測定位置
Claims (3)
- 母材が、質量%で、
C:0.10〜0.30%、
Si:0.01〜2.0%、
Mn:0.30〜0.80%、
P:0%超0.030%以下、
S:0%超0.030%以下、
Cr:0.50〜3.0%、
Mo:0.20〜2.0%、
Al:0.010〜0.10%、
N:0.0010〜0.050%、および
B:0.0020〜0.0150%
を含有し、残部が鉄及び不可避不純物からなり、
表面C濃度が0.70〜1.00%であると共に、
部品内部の旧オーステナイト結晶粒度番号が7.0以上であり、かつ
部品表面から深さ方向に2000μmまでのB濃度分布において、
部品表面から500μm深さまでの範囲にB濃度の最大値を有すると共に、該最大値が10ppm以上であり、かつ500μm以深のB濃度の最小値が4ppm以上であることを特徴とする浸炭部品。 - 前記母材は、更に、質量%で、Cu:0%超0.10%以下、およびNi:0%超3.0%以下よりなる群から選択される1種以上の元素を含有する請求項1に記載の浸炭部品。
- 前記母材は、更に、質量%で、Ti:0%超0.30%以下、Nb:0%超0.30%以下、V:0%超0.30%以下、W:0%超0.30%以下、およびHf:0%超0.30%以下よりなる群から選択される1種以上の元素を含有する請求項1または2に記載の浸炭部品。
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